ZnO를 담지한 TMA-A 제올라이트 나노결정의 제조

소개글

제올라이트에 관련된 논문 입니다.

목차

- 요약

1. 서론

2. 실험방법

3. 결과 및 고찰

4. 결론

본문내용

1. 서론
100nm 이하로 제어된 나노 물질은 입자의 크기가 작아짐에 따라 원자와 흡사한 거동을 보이게 되는데, 비표면적이 높아지므로 단위 원자당 높은 표면 에너지를 갖는 상태가 되어, valence band와 conduction band 사이의 energy gap이 점점 증가하게 된다. 따라서, 물질의 기존에서 보이던 고유한 광학적, 화학적 및 전자기적 성질 등은 이로 인해 더욱 효과적으로 변환이 될 것으로 예상된다[1, 2].
Zeolite는 분리, 촉매반응, 이온교환, 흡착 등에 널리 이용되는 분자 수준의 세공을 가진 결정질의 알루미노규산염(aluminosilicate)이다. Zeolite는 세공의 크기가 약 0.4~1 nm 이므로 나노 물질로 간주된다. 나노 기술의 성공적인 적용 사례 중 하나는 zeolite를 석유 정제 과정 등의 산업 공정에서 촉매로 사용한 것이다. 최근 나노 과학과 관련하여 zeolite의 본래 결정체 크기에 많은 관심이 모아지고 있다[3-6].
나노 porous zeolite는 기존의 zeolite와는 달리 100 nm 이하의 균등하게 분리된 결정체를 가진다. 나노 porous membrane zeolite에 대하여 다양한 방법으로 합성이 진행되고 있으며, 넓은 비표면적을 가지고 감소된 확산 경로로 매우 유망한 물질 흡착제로 주목을 받고 있다[7-9].
ZnO는 반도성, 압전성, 형광성, 광도전성 등 여러 가지 기능을 겸비하고 있어서 응용 면에서의 용도가 넓다. 예를 들면, 반도성을 이용한 것으로는 소결체로 되어 있는 가스센서, 촉매, 바리스터가 있고, 광도전성을 이용한 것으로는 분체로 된 전자사진용 감광제가 있고, 압전성을 이용한 것으로는 박막으로 된 표면탄성과 필터가 있으며, 형광성을 이용한 표시판이 있다. 이러한 ZnO의 특성들이 나노 사이즈에서 더욱 우수한 특성으로 나타나고 있다[10,11]. 또한, 이런 특성을 가진 나노 사이즈의 ZnO를 담지한 zeolite[12-14]의 연구가 현재 활발히 진행이 되고 있으며, 10 nm 이하로 제어된 ZnO 입자를 담지함으로서 기존에서 보이던 zeolite의 고유한 광학적, 화학적 및 전자기적 특성에 대하여 더욱 효율적인 특성이 요구되어 지고 있다.
본 연구에서는 10nm 이하로 제어된 ZnO 나노 결정을 TMA-A zeolite에 담지시켜 그 특성을 조사하였다. 수열합성법으로 최적의TMA-A zeolite 합성 조성비를 구하였으며, 이온 교환법을 이용하여Zn을 이온교환 시킨 후 산화반응으로 ZnO 나노 결정을 zeolite 속에 형성하였다. 여러 가지 열처리에 의하여 제조된 ZnO를 담지시킨 TMA-A zeolite 의 결정화 과정을 분석하였다. 또한, 온도와 시간에 따른 입자의 형상이나 크기를 분석 평가하였으며 비표면적을 측정하였다.

참고 자료

[1] A. van Dijken, E.A. Meulenkamp, D. Vanmaekelbergh and A. Meijerink, “Identification of the Transition Responsible for the Visible Emission in ZnO using Quantum Size Effects”, J. Luminescence 90 (2000) 123.
[2] Yong Jae Kwon, Kyoung Hun Kim, Chang Sung Lim and Kwang Bo Shim, “Low temperature synthesis of ZnO nanopowders by the polymerized complex method”, Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology, Vol. 12, No. 5 (2002) 229-233.
[3] J. Lin, X.F. Shu and J.X. Dong, “The synthesis and mechanical properties of large zeolite sodalite single crystals”, Studies in Surface Science and Catalysis, Volume 158, Part 1, 2005, Pages 231-238.
[4] Wei Fan, Satoshi Shirato, Feifei Gao, Masaru Ogura and Tatsuya Okubo, “Phase selection of FAU and LTA zeolites by controlling synthesis parameters”, Microporous and Mesoporous Materials, Volume 89, Issues 1-3, 24 February 2006, Pages 227-234.
[5] Marc Pera-Titus, Reyes Mallada, Joan Llorens, Fidel Cunill and Jesús Santamaría, “Preparation of inner-side tubular zeolite NaA membranes in a semi-continuous synthesis system”, Journal of Membrane Science, Volume 278, Issues 1-2, 5 July 2006, Pages 401-409.
[6] Hae Jin Lee, Young Mi Kim, Oh Seong Kweon and Ik Jin Kim, “Crystal growing and reaction kinetic of large NaX zeolite crystals”, Journal of the European Ceramic Society, Volume 27, Issues 2-3, 2007, Pages 581-584.
[7] Irene L. Li, P. Launois and Z. K. Tang, “Synthesis and characterization of Se nano-structures inside porous zeolite crystals”, Applied Surface Science, Volume 226, Issues 1-3, 15 March 2004, Pages 36-40.
[8] Afshin Pak and Toraj Mohammadi, “Zeolite NaA membranes synthesis”, Desalination, Volume 200, Issues 1-3, 20 November 2006, Pages 68-70.
[9] Marc Pera-Titus, Reyes Mallada, Joan Llorens, Fidel Cunill and Jesús Santamaría, “Preparation of inner-side tubular zeolite NaA membranes in a semi-continuous synthesis system”, Journal of Membrane Science, Volume 278, Issues 1-2, 5 July 2006, Pages 401-409.
[10] Prajakta R. Patil and Satyawati S. Joshi, “Polymerized organic–inorganic synthesis of nanocrystalline zinc oxide”, Materials Chemistry and Physics, Volume 105, Issues 2-3, 15 October 2007, Pages 354-361.
[11] Michael N.R. Ashfold, Rachel P. Doherty, N. George Ndifor-Angwafor, D. Jason Riley and Ye Sun, “The kinetics of the hydrothermal growth of ZnO nanostructures”, Thin Solid Films, Volume 515, Issue 24, 15 October 2007, Pages 8679-8683.
[12] C. Bouvy, W. Marine, R. Sporken and B.L. Su, “Nanosized ZnO confined inside a Faujasite X zeolite matrix: Characterization and optical properties”, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, Volume 300, Issues 1-2, 1 June 2007, Pages 145-149.
[13] F. Meneau, G. Sankar, N. Morgante, S. Cristol, C. R. A. Catlow, J. M. Thomas and G. N. Greaves, “Characterization of zinc oxide nanoparticles encapsulated into zeolite-Y: An in-situ combined X-ray diffraction, XAFS, and SAXS study”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, Volume 199, January 2003, Pages 499-503.
[14] Thomas Türk, Frank Sabin and Arnd Vogler, “Optical properties of zinc oxide clusters encapsulated in a zeolite host”, Materials Research Bulletin, Volume 27, Issue 8, August 1992, Pages 1003-1008.